一種熱像效應的數(shù)值計算研究與模擬軟件設計.pdf

1、光束在通過具有Kerr非線性的介質時將引起介質的三階非線性極化。在入射光束預先受到小尺度散射物調制的情形下,這可能引起對激光系統(tǒng)的安全運行具有很大的威脅性的高強度熱像的產生。研究小尺度散射物調制下的熱像效應具有重要的理論價值和實踐意義,其主要的研究手段為計算機數(shù)值計算。目前對不透明散射物和相位型散射物調制情形的研究比較多,而對散射物導致增益的調制情形下的熱像效應則研究得很少,此外多個散射物情形下的非線性成像特性也還不清楚。本文通過設計與

2、編碼實現(xiàn)相應的數(shù)值計算軟件,以數(shù)值模擬為主要手段對單個增益型散射物、兩個增益型散射物和兩個不透明散射物的熱像效應展開研究。主要工作如下:
　　第一,開發(fā)了用于研究線狀散射物情形下的熱像效應的計算機數(shù)值計算軟件。在光束非線性成像研究方面,許多問題無法通過理論處理的手段獲得解析解,從而必須借助計算機采用數(shù)值模擬方法獲得較精確的數(shù)值解。本文基于光束線性和非線性傳輸?shù)钠⒎址匠毯头蔷€性成像的基本傳輸模型設計開發(fā)了專門的計算機數(shù)值計算軟件。

3、此軟件能夠實現(xiàn)非線性成像傳輸光路的可視化設計和數(shù)值模擬運算,產生研究非線性成像特性所必須的基本結果,且全部提供圖形界面操作,簡便直觀。軟件采用了目前計算FFT速度較快的FFTW算法庫,在運行時具有良好的性能。它能夠實現(xiàn)在元器件內部的某些相對傳播距離和在整個光路中的某些絕對傳播距離處對光場分布和光場相關的重要統(tǒng)計參量進行跟蹤并產生相應的結果數(shù)據(jù)文件。此外,它還實現(xiàn)了任意一個元器件中的單個參數(shù)或任意兩個元器件中的任意兩個參數(shù)步進變化情況下的

4、批量化數(shù)值計算過程。用戶只需設置好相應的參數(shù)變化范圍及步數(shù)即可。這可以為用戶避免繁瑣的操作,節(jié)省大量的時間,從而為研究線狀小尺度散射物調制下的熱像效應提供了有力的工具。
　　第二,研究了單個增益型散射物、兩個平行增益型散射物和兩個不透明散射物情形下的非線性成像傳輸,揭示了新的傳輸現(xiàn)象和非線性成像特性。增益型散射物是指可能導致通過它的光場發(fā)生絕對或相對的增益的散射物。本文通過數(shù)值模擬手段對三種不同情形下的非線性成像過程進行了系統(tǒng)的分

5、析。研究表明:對于單個增益型散射物情形,在散射物的共軛位置附近能產生熱像,但熱像條紋達到最大強度時對應的平面的軸上位置有一定的差距。此外,在所考慮的參數(shù)條件下,熱像面往非線性介質出射面約40cm處的平面內能產生雙熱像這種新的傳輸現(xiàn)象。不過,在同樣的模擬參數(shù)條件下,熱像強度比雙熱像的強度要大一些;對于兩個增益型散射物情形,能夠形成各自的熱像,并且在特定的物距條件下還能形成中位熱像。在相同的模擬參數(shù)條件下,跟單個增益型散射物情形相比,熱像強